plan de cours - Polytechnique Montréal

PLAN DE COURS
École Polytechnique de Montréal
Département de génie électrique
HIVER 2015
COURS:
ELE6308 Microélectronique analogique et mixte (3 crédits)
Leçons magistrales:
(3 heures/semaine), salle
Travaux pratiques:
(1,5 heures/semaine), salle L-5904
Travail personnel:
(4,5 heures/semaine)
Connaissances requises:
ELE4304 ou équivalent
Chargé de cours :
Arnaldo Mendez
(local M-5420)
[email protected]
Chargé de laboratoire :
Mohamed Zgaren
(local M-5304)
[email protected]
Responsable du cours:
Mohamad Sawan
(local M-5418)
[email protected]
DESCRIPTION DU COURS
Éléments de base de circuits intégrés analogiques. Analyse et modélisation statique et
dynamique de composants actifs. Fonctions analogiques et mixtes courantes: amplificateurs
opérationnels, convertisseurs A/N et N/A. Considérations pratiques d'intégration et de réalisation
de circuits mixtes (numérique/analogique). Conception de circuits électroniques à condensateurs
commutés. Nouvelles techniques de conception: modes de courant et de tension. Technologies
CMOS, bipolaire et BiCMOS. Logiciels de synthèse et de conception des circuits analogiques et
mixtes. Applications: régulateurs de tension, modulateurs, démodulateurs, réseaux programmables
de commutateurs, préamplificateurs et amplificateurs avancés, sources de courant et de tension
programmables, microstimulateurs, capteurs, filtres variés, systèmes d'acquisition et de traitement
de données.
Plan de cours – Hiver 2015
ELE6308-Microélectronique analogique et mixte
INTRODUCTION
La microélectronique, particulièrement l'intégration des circuits et systèmes, connaît une
évolution remarquable dans les domaines analogique et numérique. De nos jours, l'intégration de
systèmes complets sur une même puce de semi-conducteurs est parmi les sujets de recherche les
plus compétitifs. Cette intégration s'adresse à tous les systèmes possédants des circuits mixtes qui
interagissent avec le monde qui nous entoure (mesures, régulation, contrôle, communication et
autres). Une récente étude estime à plus de 20 % annuellement le taux de croissance d'applications
de circuits intégrés mixtes. De plus, le budget annuel du marché dépasse les 10 milliards de
dollars.
La plupart des domaines relevant du génie électrique auront avantage à utiliser l'intégration
de système afin de miniaturiser les appareils d'usage de tous les jours et par le fait même,
minimiser les coûts de développement et d'utilisation. Le cours ELE6308 traite de la technologie
de pointe en microélectronique qui consiste entre autres, en la réduction de l'énergie nécessaire au
bon fonctionnement. La diminution du voltage d'alimentation et l'utilisation de circuits en mode
courant contribuent grandement à atteindre cet objectif. Le présent cours s'adresse aux étudiants
inscrits dans l'un ou l'autre des programmes (ingénierie et recherche).
OBJECTIFS GÉNÉRAUX DU COURS:
À la fin du cours ELE6308, l'étudiant devrait être capable de:
1. Déterminer le rôle et le comportement des éléments électroniques intégrés passifs;
2. Approfondir les méthodes d'analyse de circuits actifs et fonctions analogiques, en
particulier, l'amplificateur opérationnel;
3. Étendre l'aptitude à la conception et à l'intégration de circuits et systèmes couramment
utilisés;
4. Justifier et implanter des circuits intégrés analogiques et mixtes et utiliser les outils de
conception nécessaires;
5. Maîtriser les avantages et les limites de différentes technologies de conception (CMOS,
bipolaire et BiCMOS) et choisir la technologie appropriée pour une application
donnée;
6. Assurer un suivi, relativement aux progrès dans le domaine de:
i. synthèse de circuits analogiques et mixtes
ii. design des convertisseurs A/N et N/A et autres circuits importants.
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Plan de cours – Hiver 2015
ELE6308-Microélectronique analogique et mixte
MÉTHODE PÉDAGOGIQUE
Ce cours vise à donner, à l'aide d'une partie théorique, une vue globale des différents
aspects de la microélectronique analogique et mixte, de façon à permettre aux étudiants de choisir
et d'utiliser les circuits et technologies de manière adéquate. La seconde partie consiste en des
travaux pratiques comportant une introduction aux outils de conception, aux circuits et systèmes
analogiques et mixtes variés. Une importance particulière sera accordée à la conception et la
réalisation d'un projet tiré de différentes applications réelles de systèmes électroniques
(convertisseurs N/A et A/N, capteurs, etc.). Ce projet fera l'objet du travail d'un seul étudiant ou
d'une équipe des 2 étudiants, si cela peut être justifié. Il y aura aussi une possibilité de réaliser une
puce à multi-projets. En tout, 9 heures de travail environ par semaine (cours, lecture et TPs)
seront nécessaires.
ÉVALUATION
Travail :
Poids (%) :
Lab.1
Lab.2
Lab.3
Projet
Examen final
5
10
10
55
20
DÉROULEMENT DES TRAVAUX PRATIQUES
Les durées totales de travaux pratiques sont: Lab.0 (tutoriel, 3 heures), Lab.1 (3 heures),
Lab.2 (2 semaines), Lab. 3 (2 semaines) et projet: (8 semaines). Ces travaux traitent les sujets
suivants:
• Travail de laboratoire: analyse et simulation des éléments électroniques de base (transistors),
analyse et simulation des circuits analogiques et mixtes tels que miroirs de courant, sources de
courant et de tension, inverseur analogique et analyse et simulation de fonctions analogiques et
mixtes, soit les amplificateurs opérationnels et leurs applications tels que les comparateurs, etc.
• Projet: design, simulation (et possibilité de réalisation) de systèmes analogiques et mixtes de
complexité moyenne.
Chaque étudiant doit remettre au chargé de laboratoire, un rapport pour le travail de
laboratoire. En ce qui concerne le projet, tout étudiant doit rédiger un article scientifique de quatre
(4) pages (deux colonnes, simple interligne) sur son projet et ses résultats dans le format des
Proceedings IEEE (un exemple vous sera fourni). Les étudiants participeront à la révision des
articles réalisés par leurs collègues. De plus, tous les travaux seront exposés en classe (20 minutes
environ par exposé, 15 min. pour la présentation et 5 min. pour les questions). Ces travaux seront
notés en donnant du poids à l'originalité, aux résultats, à la clarté de préparation des articles et à la
qualité de l'exposition orale.
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Plan de cours – Hiver 2015
ELE6308-Microélectronique analogique et mixte
PLAN DU COURS:
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Technologies de réalisation (CMOS, bipolaire et BiCMOS)
Analyse statique et dynamique et modèles de composants analogiques de base
Comportement des éléments résistifs et capacitifs
Description de fonctions analogiques courantes: sources de courant et de tension, circuits à
rétroaction et références de tension
Amplificateurs et amplificateurs opérationnels: constitutions et topologies avancées
Circuits et fonctions mixtes: circuits de commande, convertisseurs A/N et N/A
Circuits à condensateurs commutés: intégrateurs, filtres et autres circuits
Applications des circuits intégrés analogiques mixtes
Autres:
o Outils de design et de simulation;
o Considérations pratiques d'intégration: règles, sources de bruit, etc.;
o Techniques de conception: circuits à faible alimentation, circuits rapides, etc.;
o Outils CAO de conception de circuits analogiques et mixtes;
o Projet important en technologie CMOS.
RÉFÉRENCES
Livre de base (obligatoire):
1. D.A. Johns, K. Martin, “Analog Integrated Circuit Design”, John Wiley & Sons, Inc.,
1997, 706 p.
Autres livres de référence importants
2. R. J. Baker, H.W. Li, D. E. Boyce, “CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation”,
IEEE Press, 1998, 902 p.
3. P.E. Allen, D. R. Holberg, “CMOS Analog Circuit Design”, Holt, Rinehart and Winston,
Secone edition 2002, 784 p.
4. P.R. Gray, R.G. Meyer, “Analysis and Design of Analog Integrated Circuits”, Third
edition, John Wiley & Son, Inc., 1993, 792 p.
5. M. Ismail, T. Fiez, “Analog VLSI: Signal and Information Processing”, McGraw-Hill,
Inc., 1994, 741 p.
6. D.L. Feucht, “Handbook of Analog Circuit Design”, Academic Press, Inc., 1990, 685p.
7. B. Grebene, “Bipolar and MOS Analog Integrated Circuit Design”, John Wiley & Sons,
Inc., 1984, 894 p.
8. J.E. Buchanan, “BiCMOS / CMOS Systems Design”, McGraw-Hill, Inc., 1991, 322p.
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Plan de cours – Hiver 2015
ELE6308-Microélectronique analogique et mixte
9. G.L. Geiger, P.E. Allen, N.R. Strader, “Design Techniques for Analog and Digital
Circuits”, McGraw-Hill, Inc., 1990, 969 p.
10. C. Ioumazou, F.J. Lidgey, D.G. Haigh, “Analog IC Design: The Current-Mode
Approach”, Peter Peregrinus Ltd., 1993.
11. N. Weste, K. Eshraghian, “Principles of CMOS VLSI Design, A Systems Perspective”,
Addison Wesley, 1985, 531 p.
12. C. Mead, L. Conway, “Introduction to VLSI Systems”, Addison Wesley, 1980, 396 p.
13. Gregorian and Temes, “Analog MOS Integrated Circuits for Signal Processing”, John
Wiley & Sons, Inc., 1986.
14. Van de Plassche, “Integrated Analog-To-Digital and Digital-To-Analog Convrters”,
Kluwer, Inc., 1994.
15. J.E. Franca, Y.T. Tsividis, “Design of Analog-Digital VLSI Circuits for
Telecommunications and Signal Processing”, 2nd edition, Prentice Hall, 1994.
16. Liste d’articles importants de différents Journaux IEEE Transactions, fournie en classe.
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